涤纶纤维翻译（芳纶纤维学习翻译）

涤纶纤维翻译（芳纶纤维学习翻译）表1。正交试验的试验条件。2.2。KF-PDA-GO纤维的合成 将1 ml Tris-HCl溶液（1 m）放入100 ml容量瓶中定容，制备10 m m的Tris-HCl溶液。制备了2 g/L、3 g/L或4 g/L的DA溶液，其中用氢氧化钠溶液（0.5 mol/L）调节pH值为8.5。 将KF纤维浸泡在上述DA溶液中，室温振荡24h，40℃真空干燥24h，所得Kevlar纤维分别编码为KF-PDA1、KF-PDA2或KF-PDA3，PDA的接枝率分别为2.73、2.81或3.06。 设计了三因素三水平的正交试验（表1），其中反应温度（A）、PDA改性纤维（B）和GO浓度（C）三个因素。通常，将天然石墨经著名的Hummers方法[35]制备的Go溶解于去离子水中，得到不同浓度的Go（0.5 g/L、1.0 g/L或1.5 g/L）溶液，将KF-PDA纤维放入Go溶液中，在设定温度下反应10

一种通过构建多巴胺和氧化石墨烯双层涂层同时提高表面活性、热性能和机械性能的高性能抗紫外线芳纶纤维制造新策略

作者：JiaojiaoZhuLiYuanQingbaoGuanGuozhengLiangAijuanGu

集锦：针对芳纶纤维存在的两个瓶颈问题，提出了一种新的解决方法。制备了具有多巴胺和氧化石墨烯涂层的新型光纤（KF-PDA-GO）。 ·KF-PDA-GO具有活性表面、高紫外屏蔽、热机械性能。 ·讨论了具有吸引力的高性能背后的机理。

摘要 采用简便的制备方法制备具有高表面活性、热性能和力学性能的抗紫外线芳纶（KFS）是可持续发展高性能有机纤维的重要和迫切问题。在此基础上，通过在KFS表面形成聚多巴胺（PDA）和氧化石墨烯（GO）双层涂层，建立了一种新的两步法制备综合性能显著提高的KF（KF-PDA-GO）。设计并进行了三因素三水平正交试验，系统研究了多巴胺（DA）浓度、GO浓度和反应温度对KF-PDA-GO纤维结构和性能的影响。结果表明，反应温度是影响表面活性和抗紫外性能的决定性因素。所有KF-PDA-GO纤维不仅大大提高了表面活性和抗紫外线性能，克服了KFS的两大难题，而且具有优异的耐热性和较高的拉伸性能，包括拉伸强度、模量、延伸率和断裂能。在最佳条件下制备的KF-PDA-GO3纤维，其表面自由能提高54%，而168h-uv辐照后的拉伸强度保持率高达93.4%，几乎是最新改性KF纤维中的最佳值。通过对纤维的形态和化学结构的深入探讨，发现KF纤维的失效模式与改性KF纤维不同。本研究为开发综合性能更高的新型KF纤维提供了一种新颖、简便的方法，特别是具有优异的表面活性、抗紫外性能、热性能和力学性能。

图形摘要

关键词 芳纶纤维表面改性涂层抗紫外线性能石墨烯氧化多巴胺

1。介绍 芳纶（KF）是合成纤维发展史上的一个里程碑，其优异的综合性能，如超疲劳和耐热性、高模量和强度以及良好的化学稳定性[1]使其成为众多前沿领域不可或缺的关键材料[2]、[3]、[4]。 但是，KF有两个固有的缺点，即表面活性差[4]和抗紫外线能力差[5]、[6]、[7]。自KF成立以来，对建筑表面改性方法进行了大量的研究，以提高KF的表面活性，如化学蚀刻[8]、[9]、化学接枝[1]、等离子体处理[10]、[11]、γ射线辐射[12]等。然而，有关提高KF抗紫外线性能的文献相对较少。最近的研究发现，KF增强树脂基复合材料也表现出很差的紫外光屏蔽性能[13]，因此，同时克服KF的两大固有缺陷也引起了工业界和学术界的广泛关注。 目前，提高抗紫外线性能的主要方法是在KF上接枝紫外线吸收剂。有机紫外吸收剂一般耐热性差，需要较大的浓度（或厚度）才能获得合适的高光稳定效果[14]。因此，最好使用无机紫外线吸收剂。常见的无机紫外吸收剂，如二氧化钛和氧化锌，具有很好的紫外吸收能力，但由于其光催化活性[2]，[15]，它们也往往会降低性能。我们合成了高紫外吸收、低光催化活性的掺氧化钙铈（Ce0.8Ca0.2O1.8），然后将其接枝到KF上，制备出表面活性和抗紫外性能均得到改善的纤维[4]，[16]。但是，在接枝前，用酸或碱对KF进行预处理，破坏了纤维的结构和拉伸性能。

2。实验

2.1。材料 本文使用的KF为Kevlar-49（美国杜邦公司），将KF浸泡在丙酮、石油醚和去离子水中3h，然后在80℃下干燥6h，从生化技术公司采购盐酸多巴胺（98%纯度）和三羟基甲基氨基甲烷（Tris-HCl，99%纯度）。中国；丙酮、石油醚、高锰酸钾（kmno4）、硝酸钠（nano3）、分析级浓硫酸（浓硫酸）和天然石墨粉（光谱纯度）购自中国国药化学试剂有限公司。

2.2。KF-PDA-GO纤维的合成 将1 ml Tris-HCl溶液（1 m）放入100 ml容量瓶中定容，制备10 m m的Tris-HCl溶液。制备了2 g/L、3 g/L或4 g/L的DA溶液，其中用氢氧化钠溶液（0.5 mol/L）调节pH值为8.5。 将KF纤维浸泡在上述DA溶液中，室温振荡24h，40℃真空干燥24h，所得Kevlar纤维分别编码为KF-PDA1、KF-PDA2或KF-PDA3，PDA的接枝率分别为2.73、2.81或3.06。 设计了三因素三水平的正交试验（表1），其中反应温度（A）、PDA改性纤维（B）和GO浓度（C）三个因素。通常，将天然石墨经著名的Hummers方法[35]制备的Go溶解于去离子水中，得到不同浓度的Go（0.5 g/L、1.0 g/L或1.5 g/L）溶液，将KF-PDA纤维放入Go溶液中，在设定温度下反应10 h，然后用Deion清洗所得纤维。化水，在50°C下干燥12小时，得到目标Kfs。

表1。正交试验的试验条件。

2.3。纤维的紫外线辐射 将KF和KF-PDA-GO纤维固定在铝箔上，然后放入UV光加速老化试验机（Quv/喷雾，美国Q-LAB）进行168小时的辐射。为方便起见，辐射纤维设计为UV-1～UV-9。

2.4。结构特性和性能试验 将干燥后的纤维置于Nicolet 5700 FT-IR光谱仪（美国）的测试平台上，记录了600-4000 cm−1的傅立叶变换红外光谱（FTIR）。波数分辨率为2 cm−1。 采用低真空场发射扫描电子显微镜（SEM，日立S-4700，日本）观察了纤维的形貌。 将一束纤维嵌入环氧树脂中，然后切割成超薄段。采用美国菲涅公司的透射电镜（TEM）对纤维的形态进行了观察。 利用日本日式日式日式日式日式水银CCD对样品进行了X射线衍射（XRD）分析。辐射为cu ka（λ=1.5405_），扫描速度为2°/min。 根据中国国家标准GB/T14337-2008，在美国Instron-3365型双臂万能材料试验机上对纤维的拉伸强度进行了测试。拉伸速度为10 mm/min，标距长度为10 mm。试验在20°C、湿度为65%的条件下进行。对于每种纤维，测试了20个样品。以平均值为最终结果，数据方差控制在±10%以内。用X射线光电子能谱（XPS）分析了纤维的表面元素和含量。以Al-Ka（hv=1486.6eV）为激发源，X射线枪功率250W，电子枪功率23.50eV，光斑直径400_m，真空室2.0×10−9torr，电子结合能284.6eV为内标。利用xpspeak41软件对所得数据进行了分析。用动态接触角测量仪（DCAT21，德国）测量了纤维的表面自由能和接触角。将纤维切割成1.5厘米长，一端用夹具11-PSH模型夹紧，固定在测量仪器上。盘的下端装有去离子水（γ=72.8 mn/m，γd=21.8 mn/m，γp=51.0 mn/m）或乙二醇（γ=48.3 mn/m，γd=29.3 mn/m，γp=19.0 mn/m）。每个样品测量5次，并自动记录接触角数据。

三。结果和讨论

3.1。KF-PDA-GO纤维的设计、制备及结构表征 如上所述，文献[4]，[36]中要求预处理在KF表面产生活性基团，这也破坏了KF的结构和性能。显然，这项技术不能满足材料的可持续发展。 在此，建立了一种两步法制备新的改性KF（KF-PDA-GO），如图1所示。首先，借助于DA的强大粘附力，将PDA层沉积在KF表面，然后通过酯化作用和GO与PDA之间的π-π键合，在PDA层上生成GO涂层。

图1。KF-PDA和KF-PDA-GO纤维的制备机理。

羰基碳与羟基之间容易发生酯化反应，从而得到较高的接枝率。在此基础上，GO和PDA之间的π-π相互作用增加了GO涂层的厚度和覆盖紧密度。设计酯键的原因是酯键在紫外光[37]下不易断裂，从而赋予KF良好的抗紫外光性能。 如图1所示，酯化是关键步骤，其影响因素包括反应温度、羟基和羧基的含量。为了探讨上述三个因素对Go涂料生产的影响，建立最佳反应条件，设计了三因素三水平的九个正交试验。 表2列出了GO和PDA的接枝率以及KF-PDA-GO纤维的总接枝率。根据反应范围的大小（r），影响GO接枝率的最大和最小因素分别是反应温度和GO浓度。最佳组合为A1B3C2，在相同条件下制备的样品为KF-PDA-GO2（A1B2C2）、KF-PDA-GO3（A1B3C3）和KF-PDA-GO9（A3B3C2），其接枝率大于6。在9个实验中，KF-PDA-GO1～KF-PDA-GO3在50℃下的总接枝率较高，也表明50℃是PDA与GO酯化反应的适宜反应温度。

表2。KF-PDA-GO纤维的接枝率及正交试验结果。

r正交试验结果

不同的接枝率也会反映在纤维的形态上。图2显示了kf和kf-pda-go纤维的扫描电镜图像。Kf表面光滑、洁净，沿轴向有一些窄而浅的凹槽，表明分子链呈纵向排列[38]。但KF-PDA-GO纤维表面不均匀，粗糙度明显提高，有助于提高纤维的表面活性和与树脂的相互作用。此外，在KF-PDA-GO纤维表面发现了片状材料，属于片状go纤维。比较不同的KF-PDA-GO纤维，它们具有不同的涂层质量（均匀性和致密性）。具体来说，除KF-PDA-GO5和KF-PDA-GO8外，其他KF-PDA-GO纤维具有致密的涂层；KF-PDA-GO1、KF-PDA-GO4、KF-PDA-GO7和KF-PDA-GO6纤维的表面具有细颗粒，而KF-PDA-GO9纤维的团聚物较大。总之，只有KF-PDA-GO2和KF-PDA-GO3具有致密、均匀的GO涂层。

图2。KF和KF-PDA-GO纤维的扫描电镜图像

3.5。KF-PDA-GO纤维的抗紫外性能

3.5.1紫外线辐射对结构的影响 图11提供了KF-PDA-GO3及其组成的紫外-可见光谱。KF和KF-PDA3的光谱相似，在286 nm和408 nm处各有两个吸收峰。在kf-pda-go3光谱中观察到408 nm处的峰，但是286 nm处的峰向302 nm移动，这表明kf-pda 3和go之间存在π-π共轭[57]。另外，KF-PDA-GO3光谱中的两个峰的强度和宽度比KF光谱中的要大得多，说明KF-PDA-GO3具有比KF更强的紫外屏蔽性能。

3.5.2紫外辐射对拉伸性能的影响及机理 图14显示了168 h-uv辐照后拉伸性能的保留。与原纤维相比，UV-KF或UV-KF-PDA3的拉伸性能显著下降，其拉伸强度、断裂延伸率、断裂能和模量的保持率分别为76.8%–77.4%、71.5%–74.9%、54.9%–55.1%和84.6%–85.9%。但是，所有受辐射的kf-pda-go纤维（uv-1～uv-9）都比uv-kf有明显更高的保留率，这表明go有很大的贡献。特别是KF-PDA-GO3的保留率最高，其拉伸强度、断裂延伸率、断裂能和模量分别高达93.4%、90.2%、84.2%和91.6%。通过回顾近三年来紫外线照射后改性KF的拉伸性能（支持资料表S1），KF-PDA-GO3的拉伸性能处于最高水平。考虑到制备工艺的温和性，本文研制的KF-PDA-GO纤维具有明显的优越性。

图13。168 h-uv辐射后纤维的红外光谱。

图14。168h-uv辐照后拉伸性能的保留。

4。结论 建立了一种不经KF预处理的新型改性KF纤维的制备方法，该纤维具有较高的表面活性和抗紫外线性能。通过改变反应温度和DA-to-Go浓度的比值，可以调节新纤维的表面结构和性能。与KF相比，所有KF-PDA-GO纤维不仅具有更好的表面活性、抗紫外性能和力学性能，而且具有优异的热性能。对采用最佳制备条件制备的改性纤维（KF-PDA-GO3），其表面自由能提高54%，168h-uv辐射后拉伸强度保持率高达93.4%，在所有报道的改性KF纤维中处于最高水平。KF-PDA-GO纤维的抗紫外性能主要是由于Go层的存在，保护了KF纤维的晶体结构不受紫外辐射的影响，从而保证了KF-PDA-GO具有较高的热机械性能。KF-PDA-GO纤维具有制备方便、性能优良等特点，说明本方法具有广阔的应用前景。

确认 作者感谢国家自然科学基金（21274104）和江苏省高等教育事业发展重点项目（PAPD）资助项目。